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Jun 01, 2023

Líquido

Un equipo en Corea ha utilizado ondas sonoras para conectar pequeñas gotas de metales líquidos dentro de una carcasa de polímero. La novedosa técnica es una forma de crear circuitos resistentes y altamente conductores que puedan flexionarse y

Un equipo en Corea ha utilizado ondas sonoras para conectar pequeñas gotas de metales líquidos dentro de una carcasa de polímero. La novedosa técnica es una forma de crear circuitos resistentes y altamente conductores que se pueden flexionar y estirar hasta cinco veces su tamaño original.

Fabricar componentes electrónicos estirables para sensores cutáneos y dispositivos médicos implantables requiere materiales que puedan conducir electricidad como los metales pero deformarse como el caucho. Los metales convencionales no son suficientes para este uso. Para fabricar conductores elásticos, los investigadores han analizado polímeros conductores y compuestos de metales y polímeros. Pero estos materiales pierden su conductividad después de estirarse y soltarse varias veces.

Los metales líquidos, aleaciones que permanecen líquidas a temperatura ambiente, son una opción más prometedora. Los metales líquidos a base de galio, típicamente aleaciones de galio e indio, han llamado más la atención debido a su baja toxicidad y alta conductividad eléctrica y térmica. También son resistentes debido a una capa de óxido que se forma en su superficie y se adhieren bien a diversos sustratos.

Para crear circuitos conductores con metales líquidos a base de galio, los investigadores suelen rociar o imprimir gotas del material sobre un sustrato plástico elástico, o incrustarlas dentro de un polímero gomoso. Por lo general, es necesario romper la capa de óxido para que las gotas puedan combinarse y formar un camino conductor. El problema con estos enfoques es que los metales líquidos pueden filtrarse después de un tiempo, dice Jiheong Kang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea.

Por eso, él y sus colegas utilizaron un campo acústico para conectar gotas de metal líquido, que primero habían incrustado en un polímero. Los investigadores utilizan gotas que tienen de 2 a 3 micrómetros de ancho en promedio, más pequeñas que las que otros han usado antes, para reducir las posibilidades de que las gotas se rompan y pierdan el metal líquido.

Cuando aplican ondas de ultrasonido a una frecuencia de 20 kilohercios, las microgotas absorben las vibraciones para crear gotas de tamaño nanométrico. Estas nanogotitas forman un puente entre las microgotitas. Cuando se estira el polímero, las microgotas se alargan, pero los enlaces de las nanogotas las mantienen conectadas.

Otros han creado previamente circuitos estirables depositando capas ultrafinas de metal en redes en forma de redes o patrones serpentinos. "Con nuestro nuevo material, demostramos las primeras placas de circuito impreso elásticas sin ningún tipo de ingeniería estructural", afirma Kang.

El equipo fabricó sus conductores elásticos con cuatro aleaciones diferentes de metal líquido y 15 polímeros diferentes. Para demostrar el uso de los conductores, hicieron pantallas extensibles en las que las redes de metal líquido conectaban microdiodos emisores de luz [arriba]. También fabricaron un sensor de monitorización de la frecuencia cardíaca altamente elástico que podría fijarse a la piel de un voluntario y medir la circulación sanguínea utilizando luz [abajo]. Los resultados aparecen en la revista Science.

El método de circuito elástico del que han sido pioneros los autores “ayuda a superar un desafío importante en la creación de circuitos conductores con compuestos de polímero [metal líquido de galio]”, escriben Ruirui Qiao de la Universidad de Queensland en Australia y Shiyang Tang de la Universidad de Birmingham. Reino Unido, en un artículo de perspectiva adjunto al artículo de Science. "Pero los compuestos todavía enfrentan una serie de desafíos de fabricación". Por ejemplo, es difícil controlar con precisión el tamaño de las gotas con técnicas conocidas para producirlas.

Kang dice que él y sus colegas planean trabajar para mejorar la resolución del patrón encontrando formas de depositarlos más cerca unos de otros. También planean aumentar aún más la conductividad de los circuitos de metal líquido.